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（......paraphrase翻译成中文不知道是不是这个：释义，这篇博客都用的这个来表示，如果是错的，欢迎纠错哦(*^__^*)）
给定一个句子，自动生成释义是NLP中一个重要任务，在很多应用中扮演重要角色，例如question answering问答, information retrieval信息检索，dialogue对话。本文用一个深度强化学习方法来做释义生成，包含一个generator和一个teacher。generator是一个sequence-to-sequence框架，可以对给定句子生成释义。teacher是一个深度神经网络模型，可以决定句子之间是否相互是释义。
在构建来generator和teacher之后，the generator is further fine-tuned by reinforcement learning in which the reward is given by a teacher. 研究表明teacher可以给generator提供精确的知道，并且引导generator生成更准确的释义。
Introduction：
paraphrase是具有相同意义但是不同表达的文本。释义在很多场景中都是非常重要的部分，例如基于检索的qa问答，web搜索的查询重写，为面向任务的对话做数据增强。然而由于自然语言的灵活性和多样性，自动生成准确和多种释义具有挑战性。
传统的方法：基于规则，基于同义词词典，statistical machine translation(SMT)
近期，基于神经网络的seq2seq学习在很多NLP任务上都取得了不错的效果，包括机器翻译，短文交谈(short-text conversation)，text summarization，question answering。
与最近出现的技术结合，例如attention机制，copying机制和coverage模型。seq2seq模型更加有效。
释义生成可以看作是sequence-to-sequence学习的问题，给定a collection of pairs of paraphrases as training data.
sequence-to-sequence模型通常用最大化给定一个输入序列，预测输出序列的对数似然，训练集和测试集可能会包含矛盾。2015年Ranzato提出了强化学习(reinforcement learning)，来自REINFORCE算法，直接优化序列级别的metric，例如BLEU或ROUGE。然而，使用这些metrics作为reward function会有问题，因为所有的metrics是基于和human references的词汇相似度，不能很好的代表paraphrase相似度。所以这种方法是次优的
本文，使用强化学习，用policy gradient来训练generator。不使用evaluation metric，本文使用深度匹配网络（deep matching network）建模reward function，可以区分positive和negative的例子。
generator：attentive Seq2Seq 架构，结合copy and coverage mechanisms。
teacher：deep matching network based on the decomposable attention model。
Background：
释义生成可以看作是seq2seq的转型问题。给定一句话X=[x1, x2, ..., xL]长度为L，生成另一个输出序列Y=[y1, y2,... yT] 长度为T，输入和输出有相同含义。有不同粒度的，从phrase短语到passage文章，本文针对句子级别的释义问题。
Neural Sequence-to-Sequence Models with Attention
Seq2Seq模型是基于encoder-decoder框架的，都是Recurrent Neural Network(RNN)。encoder将输入序列X转换成一系列隐状态H=[h1, ... hL], hi=fh(xi, hi-1). decoder基于states和之前的单词yt-1，预测下一个词by sampleing
decoder
st是decoder的状态，ct是context vector
st
attention机制：
根据有权重的encoder states来计算context vector：
context vector
ati是attention权重， attention function
attention function
attention function：which can be a feed-forward neural network and jointly trained within the whole network.
Seq2Seq模型通过最大化对数似然来训练：
对数似然
在计算条件概率时，常规方法是使用yt-1的真实值，而不是模型生成的，为了避免符合错误。这个方法称为teacher forcing.
Incorporating copying and coverage mechanism
有时会需要从输入序列复制一些词，具体来说，decoder除了会从fixed-size vocabulary，也会需要从输入序列选择词。最后decoder中下一个词的概率是混合模型：
概率
q(st, ct, yt-1)是一个二元分类器，管理generation mode和copy mode之间的切换概率。
受到单词重复的问题影响，因此在目标函数中加入coverage loss：
目标函数
Neural Networks for Matching sentences：
另一个问题是paraphrase identification，可以决定一对句子是否是paraphrases。 本文方法是通过训练一个matching模型，这个模型可以identify paraphrases。然后tune the paraphrase generator based on the feedback from the matching model, 根据matching模型的反馈来调整generator。
选择一个decomposable attention model模型，来计算两个句子之间的相似度，给定两个句子X和Y，这个模型通过以下三步来计算：
1. attend，两个句子互相inter-attended....（X﹏X 不懂啊...直接上公式）
Attend
e(.)是维度为d的word embedding。公式计算的别分是xi和yi的inter-attentive vector
2. Compare，对每个单词，embedding vector与attentive vector合并，通过一个前向神经网络fc
compare
3. Aggregate，两个序列分别求和，然后用线性分类fa
Aggregate
z是X和Y之间的匹配度
除此之外，positional encoding：
positional encoding
代表位置i的position encoding vector
模型：
传统seq2seq模型的问题：1）需要大量数据来训练模型 2）使用teacher，训练和预测的矛盾（也称为exposure bias）随着生成的序列加速导致错误。 3）使用对数似然作为目标函数对这个问题不是首选项。paraphrasing的最终目标是根据输入句子生成多个相同意思的句子，而不是选取最貌似有理的seq2seq的翻译。为了解决这个问题，本文提出在强化学习的框架下去优化seq2seq模型。而不是使用一个基于词典的evaluation metric作为目标，同时，本文学习了一个matching网络，作为teacher，可以给generator提供可靠的信号来fine-tune。
generator G：最大化训练future expected reward，which can be obtained in various manner。
reward function的选择可以是evaluation metric 例如BLEU或ROUGE，对比生成的序列和reference。
在RL setting中，生成下一个词被定义为一个action，decoding概率产生了一个stochastic policy(随机策略)：
decoding probability
rt是t时刻的reward
the cumulative reward累积奖励(the return)
RL的目标是找到一个policy，可以最大化expected return：
expected return
在序列生成的任务中，reward通常在序列的结尾获得，这会带来系数的reward signal。受到reward shaping的启发，使用value function作为一个surrogate（代理），定义为每个时间点的expected cumulative reward。
expected cumulative reward
value function约等于每一时间点的蒙特卡洛模拟的总计：
value function
公式解释
使用ROUGE-2 score 作为reward，即
ROUGE-2 score
根据policy gradient theorem(policy梯度定理)，expected return的梯度为：
gradient
baseline function b：
reduce the variance of gradient estimator
本文使用的baseline function是moving average，而不是一个分离的神经网络。
baseline function
Learning Reward with Deep Matching Network：
基于decomposable-attention architecture：
用二元交叉熵损失训练M：
二元交叉熵损失训练teacher
也可以使用margin-based ranking loss:
margin-based ranking loss
目标函数，使用不同的reward或者the value function
objective function
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